À première vue, la question du poids de l'ombre semble ridicule. Même si l'ombre a un poids, elle doit être si petite qu'elle ne peut être mesurée qu'avec la technique des microparticules. Il y a aussi une autre question, est-ce que la lumière a du poids, puisqu'elle devrait, d'une manière ou d'une autre, donner un certain poids à n'importe quel objet?
Ces deux questions semblent étranges, mais suffisamment intéressantes, alors j'ai décidé de les résoudre.
Souvenons-nous d'abord de Peter Pan, on dit qu'il avait une ombre vivante, mais c'était si insignifiant qu'elle ne semblait pas peser plus que la fumée de cigarette. Peter Pan était, bien sûr, un personnage fictif, même si au niveau quantique cela n'a pas d'importance, et son créateur, J. M. Barry, n'avait pas assez de connaissances scientifiques.
En effet, en utilisant l'un des cadres de référence, nous pouvons conclure que nos ombres pèsent en réalité moins que rien. Il y a quatre cents ans, l'astronome Johannes Kepler a remarqué que les queues des comètes étaient toujours opposées au soleil et a conclu que les rayons du soleil exercent une pression qui emporte les particules. À la fin du 19e siècle, le physicien James Clerk Maxwell a formulé une équation pour calculer la pression de la lumière, qui a été confirmée expérimentalement en 1903.
J'espère que vous comprenez où je veux en venir. Si vous êtes debout et que les rayons du soleil tombent sur vous, vous créez une zone de pression réduite, couverte d'ombre. Par rapport au reste du paysage, votre ombre (ou plus précisément la zone qu'elle couvre) pèse moins.
Combien moins? Pas tant. La pression des rayons du soleil est incroyablement faible: moins d'un milliardième Pa à la surface de la terre. En d'autres termes, il faudrait plusieurs millions d'ombres humaines pour représenter une livre d'intensité lumineuse dans l'ombre. La lumière frappant la ville de Chicago a une force totale d'environ 1334N.
Cependant, très petit ne veut pas dire sans importance. Pour que la sonde spatiale japonaise Hayabusa s'approche de l'astéroïde Itokawa en 2005, plane à côté de lui, et ne le fasse pas exploser ou ne le heurte pas, la légère pression égale à 1% de la poussée du moteur de la sonde a été prise en compte. Cela a été fait avec une précision incroyable, de sorte que la sonde a pu atterrir sur l'astéroïde, collecter des échantillons de poussière et revenir sur Terre en juin 2010.
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Autre objet tout aussi intéressant, le voilier solaire japonais IKAROS, rêve des écrivains de science-fiction depuis au moins 50 ans, a finalement été lancé en 2017. L'idée était que la voile solaire utilisait la pression de la lumière, le vent solaire (un faible flux de particules chargées émanant de la couronne solaire) et la charge utile pour la déplacer. En juin, IKAROS a hissé avec succès sa voile, un carré de 7,5 microns de film ultra-mince, équipé d'un panneau solaire servant de source d'énergie. En juillet, l'agence spatiale japonaise a rapporté que IKAROS est propulsé vers l'avant par une pression solaire de 1,12 mN, ce qui, en principe, n'est pas tellement. Mais cette puissance est générée par les rayons du soleil, et c'est gratuit! Les scientifiques l'ont fait à une distance de plus de quatre millions de kilomètres! Cela mérite le respect.
En 2010, des chercheurs de l'Université nationale australienne ont montré que la lumière peut être utilisée pour soulever de minuscules particules et les écarter de 12 pouces (30 cm). Ils ont pensé qu'ils seraient éventuellement capables de faire la même chose à 10 mètres, ce qui ne semble pas non plus si génial. Cependant, si la minuscule particule est un virus mortel, une cellule vivante ou une molécule de gaz qui ne peut pas être déplacée d'une autre manière … vous voyez ce que je veux dire.
Alors, la question du poids de l'ombre est-elle stupide? En général, oui. Cependant, à la recherche d'une réponse à cette question stupide, nous faisons un petit pas très important, en essayant de comprendre ce qu'est un poids relativement léger? Auparavant, cette question a été posée par Kepler, Maxwell, et maintenant nous le sommes.
Je me souviens de l'expérience des cours de physique à l'école. Le faisceau de lumière était dirigé vers la roue, dont les pétales étaient peints alternativement en blanc et en noir. Sous l'influence de la lumière, la turbine a commencé à tourner, ce qui a clairement prouvé que la lumière a une impulsion. Cela signifie que le flux lumineux n'est pas seulement des ondes, mais aussi des particules-corpuscules (a une nature double ou double). Quant au poids de l'ombre, cette valeur a une valeur négative car la moindre pression des rayons lumineux est prise par le corps masquant l'ombre.
Il y a toute une discussion sur l'ombre sur la question:
- Le poids (en physique) est la force avec laquelle le corps appuie sur le support. Il est généralement confondu avec la masse, car dans le champ gravitationnel de la Terre, le poids est proportionnel à la masse et le coefficient de proportionnalité (accélération de la chute libre) est pratiquement inchangé. Toujours dans un système rotatif non inertiel (par exemple, dans une station spatiale rotative), la force centrifuge (et avec elle le poids des objets) sera proportionnelle à leur masse, mais le coefficient de proportionnalité sera différent. Maintenant à propos de l'ombre. Bien sûr, ce n'est pas un objet. Et elle n'a pas de masse. Cependant, dans un sens, l'ombre a du poids. Seulement il est négatif! Après tout, une ombre est l'absence de lumière due à un obstacle qui se dressait sur son chemin. La lumière est un flux de photons de masse et de vitesse, et avec eux de l'élan. Si les photons volaient, ils transmettraient leurs impulsions au «support» éclairé, exerçant une pression continue. Et la pressionla zone multipliée est la force. On peut dire le poids de la lumière. Eh bien, l'ombre est l'absence à la fois de lumière et de "poids". Autrement dit, par rapport à l'éclairage, l'ombre semble avoir un poids «négatif», approximativement comme un «trou» (absence d'un électron chargé négativement dans un semi-conducteur) «a» une charge positive.
- Qu'est-ce qui est absurde? Les photons n'ont pas de masse, ils ont une impulsion, et si vous êtes guidé par la formule E = mc ^ 2, alors pour un photon, l'énergie sera égale à E = pc, car les photons n'ont pas et ne peuvent pas avoir de masse au repos. Maintenant sur la masse négative. La masse négative, hypothétiquement, est possédée par des particules de matière exotique. Et cela se manifeste dans le fait (n'oubliez pas que la masse est une mesure d'inertie) que si vous «poussez» cette particule, elle volera dans l'autre sens. Cela n'a rien à voir avec ce problème. Si vous suivez votre logique de rue, alors tout ce qui semble être peut être qualifié de négatif, mais il y a un obstacle à cela. Ils ont également été amusés par des hypothèses grossières telles que: l'élan est la masse, et la masse est la force, et la force est la pression et la pression est le poids. Avec cette approche, vous pouvez tout prouver. Il y a même un nom pour ça (je ne me souviens pas),quand un faux jugement est pris comme base (vérité) et la déclaration nécessaire en dérive. Vous pourriez être un bon théoricien du complot.
- Il n'y a pas d'impulsion sans masse. L'énergie sans masse n'existe pas non plus. Pas un mot n'a été dit sur la messe. Le poids n'est pas la masse. Cela a été dit depuis le tout début. Le «poids» de l'ombre est négatif (dans un sens). Il n'y avait aucune ombre de «masse». Représenter l'absence de quelque chose comme la présence de quelque chose directement en face est une tradition pratique, ancienne et largement utilisée en physique. Je ne parle pas accidentellement de "trous" (manque d'électrons) dans les semi-conducteurs. Il convient de les considérer (et sont considérés!) Comme des "porteurs de charge" avec la sous-forme d'électrons, mais le signe opposé de la charge. Parce que je n’ai pas travaillé pour vous apprendre les bases de la physique.
- Il est difficile d'ignorer une question qui a une réponse fondamentalement erronée en haut. Le poids est une grandeur physique vectorielle qui caractérise la force d'action d'un corps sur un support. P = m * g. On voit que le poids peut être négatif, par exemple, si la densité du corps est inférieure à la densité du milieu (la force de flottabilité agit sur le corps). Un poids négatif ne signifie pas son absence. Maintenant, un peu sur ce qu'est une ombre. L'ombre est un phénomène optique qui se produit dans différentes conditions d'éclairage. Et cela ne signifie pas une absence totale de lumière. C'est juste qu'une surface est plus claire (plus de photons frappent et réfléchissent dessus), et l'autre est plus sombre (ombre). Nous savons que les photons n'ont pas de masse (si un photon avait une masse, alors sa déviation dans le champ gravitationnel devrait dépendre de sa fréquence, mais nous ne l'observons pas, selon tous les calculs, il est achromatique jusqu'à présent),et n'ont donc aucun poids, mais ils ont de l'énergie et de l'élan. Puisque les photons ont une impulsion, la lumière tombant sur un corps exerce une pression sur celui-ci (la théorie quantique de la lumière explique la pression lumineuse à la suite du transfert d'impulsion par les photons vers des atomes ou des molécules d'une substance), mais elle ne peut en aucun cas être identifiée au poids. Tout ce qui précède est un commentaire sur la réponse de Nekto. En fait, l'ombre n'a pas de poids, car il ne s'agit que d'un phénomène optique, comme le débordement d'essence (interférence dans des couches minces) ou votre reflet dans l'eau.mais il ne peut en aucun cas être identifié au poids. Tout ce qui précède est un commentaire sur la réponse de Nekto. En fait, l'ombre n'a pas de poids, car il ne s'agit que d'un phénomène optique, comme le débordement d'essence (interférence dans des couches minces) ou votre reflet dans l'eau.mais il ne peut en aucun cas être identifié au poids. Tout ce qui précède est un commentaire sur la réponse de Nekto. En fait, l'ombre n'a pas de poids, car il ne s'agit que d'un phénomène optique, comme le débordement d'essence (interférence dans des couches minces) ou votre reflet dans l'eau.
- L'indépendance de fréquence prouve-t-elle quelque chose? En mécanique classique, la déviation angulaire de la lumière est également indépendante de la fréquence (deltaV / c) = (2 * G * M) / (R * c2). Dans SRT, il y aura (deltaV / c) = (4 * G * M) / (R * c2), c'est-à-dire deux fois plus, mais aucune dépendance n'est ajoutée / ajoutée. Je doute que n'importe quel paramètre du système puisse disparaître d'un changement de terminologie. Autrement dit, le poids de la lumière ne doit aller nulle part. Il peut avoir besoin d'être redéfini d'une manière ou d'une autre, mais il ne devrait pas être que dans l'ancienne version, il était différent de zéro, et dans la nouvelle, il était nul. De plus, il y a une impulsion.
COMBIEN POIDS LA LUMIÈRE? Autant que son énergie
Les photons, particules de lumière, n'ont pas de masse de repos et n'existent qu'en mouvement à la vitesse de la lumière. Par conséquent, un photon ne peut pas être pesé. Cependant, les parois de tout récipient émettent un rayonnement thermique, remplissant le volume intérieur de photons. Ils se déplacent aléatoirement dans toutes les directions et leur vitesse moyenne est nulle. Comme le disent les physiciens, un photon gazeux a une masse correspondant à son énergie (E = mc2), et en principe il peut être pesé. Par exemple, le rayonnement thermique à l'intérieur d'un récipient d'un litre pèse environ un atome de carbone. La masse de rayonnement croît rapidement avec la température, mais ce n'est qu'à un milliard de degrés qu'elle sera égale en densité à la substance à laquelle nous sommes habitués. De plus, ce rayonnement lui-même ne sera plus de la lumière ordinaire, mais des rayons X durs.
C'est facile à découvrir. Nous courons vers la cuisine, prenons une balance électronique et, vers midi, la plaçons directement perpendiculairement à la lumière du soleil. En supposant que nous sommes propres et que toute la lumière est complètement réfléchie par la surface brillante de la balance, nous prenons du tableau ru.wikipedia.org la valeur numérique de la pression du Soleil en pleine réflexion (9,08 microNewtons par mètre carré) et multiplions par la surface de la surface de travail de nos poids (~ 0,11 mètre carré). Nous obtenons ~ 100 nanoNewtons, la force de la pression du vent solaire sur la balance. Nous traduisons cela dans les unités connues de tous (kilogrammes), en divisant le résultat par l'accélération de la gravité (9,8 m / s ^ 2). Est-ce le résultat que nous verrions sur notre balance de cuisine, pesant la lumière du soleil, ~ 10 nanogrammes?
Contrairement à l'opinion assez répandue, il existe un analogue de la masse de lumière, et il est assez significatif physiquement. Faisons une expérience de pensée. Disons que vous avez une chambre avec des parois intérieures en miroir, absolument réfléchissantes et une masse précisément connue. Et maintenant, laissez un puissant faisceau de laser entrer pendant un court instant à travers le trou, peu de temps après, le trou se ferme. La lumière est dans la chambre, voyageant de mur en mur.
Donc, s'il y avait la possibilité de mesures ultra-précises, on découvrirait que la masse de la chambre avec la lumière piégée à l'intérieur aurait augmenté. En particulier, il deviendra plus lourd. Et son inertie grandira. Et la gravité (!). Traditionnellement, toutes ces propriétés sont attribuées spécifiquement à la masse.
La preuve formelle est au moins celle-ci: laissez les électrons et les positrons être dans la chambre pendant un certain temps; Naturellement, ils augmentent la masse totale. Peu de temps après, ils s'annihilent tous - et nous avons une caméra avec des quanta gamma. Il est clair que la masse de la chambre n'a pas changé!
Combien pèse l'univers?
Combien pèse l'univers, vous pouvez essayer de calculer en déterminant la masse des quasars. En étudiant les galaxies voisines, les chercheurs ont déterminé qu'il existe une corrélation entre la masse du trou noir et la galaxie. Typiquement, la masse d'un trou noir est un petit pourcentage de la masse d'un système stellaire, allant d'environ 0,14% à 0,5%. Si cette relation est vraie dans l'Univers primitif, la masse de la Galaxie devrait être équivalente aux trillions stupéfiants de masses solaires dans les étoiles. Sans parler de sa matière constitutive sombre, qui est de loin la partie la plus massive de tout système stellaire. Il n'est pas encore possible de déterminer la masse des autres galaxies si elles existent dans l'Univers moderne. Mais si les galaxies existent dans la gamme de masse prévue, elles seront détectées pour la première fois à cette époque.
L'étude de la massivité de la galaxie fournira des informations sur la façon dont elle se développe dans l'univers. Sa croissance est d'environ 2000 km par jour. Il y a un chiffre tout à fait impossible à prouver que la masse de la galaxie se situe quelque part dans la cinquantième puissance de tonnes. La luminosité des quasars lointains et le poids de l'univers.
Pourquoi y a-t-il une corrélation entre la masse d'un trou noir et une galaxie? Quelle est la relation entre l'accrétion des trous noirs et la formation d'étoiles? Les chercheurs ont calculé que la luminosité des quasars dépend à vitesse maximale de la limite d'Eddington. La limite d'Eddington existe parce que plus le trou noir absorbe rapidement le corps, plus il y a de friction, et donc plus de lumière est produite dans le disque d'accrétion. Lorsque le taux de consommation d'un trou noir augmente, la quantité d'énergie de rayonnement émise augmente, ce qui à son tour ralentit le taux de consommation. La limite d'Eddington est atteinte.
La limite d'Eddington est la valeur maximale critique de la puissance de rayonnement et de la luminosité. Prouvé par l'astrophysicien anglais Arthur Eddington comme condition d'équilibre de la poussée, de la pression et du rayonnement. Une lumière supplémentaire est émise vers l'extérieur, ce qui exerce une pression sur le matériau qui tombe et le ralentit. Aussi contre-intuitif que cela puisse paraître, la lumière exerce une pression sur les objets sous une lumière suffisante et équivaut à une puissance significative.
Les scientifiques forment des modèles convaincants sur ces questions concernant le rôle des trous noirs, mais il n'y a pas de consensus sur cette question. Si le quasar est un laboratoire unique pour l'étude, alors le trou noir du quasar et la galaxie - se développent ensemble.
La lumière d'un quasar peut également être utilisée pour en apprendre davantage sur l'univers par d'autres moyens. La luminosité permettra aux chercheurs de sonder l'environnement intergalactique comme jamais auparavant. Le milieu intergalactique est la distribution de gaz et de poussières entre les galaxies contenant de l'hydrogène, de l'hélium et divers métaux (dans des conditions astrophysiques, tous les éléments d'hélium ci-dessus sont appelés «métaux»). La lumière d'un quasar doit voyager suffisamment longtemps avant d'atteindre la Terre. Lorsque la lumière traverse le gaz, certaines longueurs d'onde de lumière pénètrent le gaz mieux que d'autres, et certains éléments bloquent certaines longueurs d'onde. Par exemple, en étudiant le spectre d'un objet et en constatant que certaines longueurs d'onde sont absentes du spectre, les chercheurs peuvent en apprendre davantage sur la teneur en gaz. Cependant, le processus devient plus difficile, en particulier à de telles distances. Avec une lumière plus faible (changement de puissance), il est plus difficile de faire la distinction entre ces intervalles ou lignes dans le spectre.
La luminosité du quasar fournira une mesure plus claire de l'environnement intergalactique. Après avoir déterminé la luminosité du quasar, on peut répondre à la question: "Combien pèse l'Univers?" Et aussi, puisque les métaux dans le milieu intergalactique ont été produits en fusionnant les noyaux d'étoiles, les mesures de ces éléments peuvent aider les chercheurs à en apprendre davantage sur les processus de formation des étoiles dans l'Univers.